Nano a mikrotechnologie v chemickém inženýrství Chemické inženýrství a jeho postavení v současném světě VYSOKÁ ŠKOLA CHEMICKO-TECHNOLOGICKÁ V PRAZE ÚSTAV CHEMICKÉHO INŽENÝRSTVÍ
Úspěchy inženýrství ve 20. století Elektrifikace. Automobily. Letadla. Vodovody a kanalizace. Elektronika. Rádio a televize. Mechanizace zemědělství. Počítače. Telefony (i mobilní). V oblasti chemie: Penicilín. Prášky na praní. Kvalita potravin a vody. Plasty a umělá vlákna. Dálnice. Kosmické lodi a rakety. GPS. Internet. Domácí spotřebiče. Rozvoj těžby ropy a rafinérií. Lasery a optická vlákna. Atomové elektrárny. Nové materiály pěny, isolanty, Lednice a mrazničky. Katalýza. Baterie. Výroba počítačových čipů. Umělá hnojiva. Znáte snad jinou profesi než inženýrství, která by takto pozitivně ovlivnila životy mnoha lidí?
Věda a inženýrství: Penicilín Alexander Fleming 1928 - objev Antiseptická látka s minimální toxicitou Klinické testy od roku 1930, problém s nedostatečným množstvím aktivních látek Zvětšení produkce od r. 1942 do 1944 pro armádní účely metodika práce analogická s dnešní představou práce chemického inženýra Zakoncentrování a separace penicilínu: ph-závislá extrakce, kinetika hydrolýzy jedné z forem Chemická struktura Na úspěchu penicilínu mají zásluhu také chemičtí inženýři, kteří po 10 letech neúspěchů chemiků zvládli jeho výrobu.
Chemické inženýrství Inženýrská disciplína (stejně jako např. strojní nebo materiálové inženýrství). Jeho základem je tedy matematika, fyzika, výpočetní technika a navíc chemie (na rozdíl oproti strojařům). Tradiční náplň = navrhování a optimalizace chemických a potravinářských procesů/výrob: Proudění tekutin (potrubí, čerpadla, filtrace, míchání ). Separační procesy (destilace, absorpce, extrakce ). Sdílení tepla (vedení tepla, tepelné výměníky, odparky ). Chemické reaktory.
Klasické chemické inženýrství destilační (rektifikační) kolony průtočný reaktor s míchadlem tepelný výměník
Nové výzvy inženýrství nových produktů Chemičtí inženýři jsou díky svému dobrému teoretickému základu (M, F, Ch) velmi žádaní při hledání řešení problémů aktuálních v 21. století. Produktové inženýrství Navržení vhodného postupu výroby produktu na základě předchozího definování jeho vlastností. Důležitý aspekt: ekonomická rozvaha peníze jsou vždy až na prvním místě!
Nové výzvy pro inženýry - nano/mikrosvět Chemičtí inženýři - porozumění jevů na nano/mikro měřítku Nanosystémy: charakteristický rozměr 1-1000 nm. 1 nm = 1 miliardtina metru. Vlastnosti materiálu souvisí s vnitřní strukturou. V nanoměřítku: Malý vliv gravitačních sil. Větší význam povrchových sil (např. Van der Wallsovy interakce). Kvantové efekty. Velký měrný povrch (katalýza). Snadný transport (medicína). 1 nm 1 m Speciální optické vlastnosti (barvy, laky, kosmetika). 12 mm 12000 km Průměr atomu vodíku je asi 0,1 nm. Významné transportní vlastnosti (elektrická a tepelná vodivost).
Nano a mikrotechnologie novinka? Nanotechnologie není výdobytkem posledních několika let. Lidstvo využívá některé její aspekty už celá staletí. Významným příkladem jsou emulze: Směs minimálně dvou vzájemně nemísitelných kapalin Příklady: Mléko (kapičky tuku + voda). Majonéza (kapičky oleje + ocet). Krémy (částice různé chem. povahy + voda). Latex (částice polymeru + voda). Přírodní (přírodní kaučuk, gutaperča). Syntetický (barvy, laky, lepidla, syntetický kaučuk). Nano a mikročástice jsou přítomny také například v oceli. ouzo efekt přírodní kaučuk
Nano-textilie Pokrytí textilních vláken nano-vrstvou hydrofobních molekul. Důsledky: Odolnost vůči vodě a špíně. Zachování původní prodyšnosti i hmotnosti textilie. Další využití: Chemicky odolné obleky (armáda). Možnost vyrábět elektroniku odolnou vůči kapalinám.
Aplikace nanotechnologií výzkumné skupiny Medicína: cílený transport léčiv, tkáňové inženýrství. Laboratoře na čipu 50 mm Chemický robot Chemie a životní prostředí: Katalyzátory, nanofiltrace. Energetika: isolanty nové generace, účinnější solární panely, nové generace baterií.
Další aplikace nanotechnologií Informatika a telekomunikace: Nové typy polovodičů, fotonické krystaly, kvantové tečky, kvantové počítače. Těžký průmysl: Nanočástice zlepšují materiálové vlastnosti ocel, beton, sklo; nanopovlaky. Domácnosti: Brýle odolné proti škrábancům, oblečení odolné proti špíně a vodě, stabilní opalovací krémy, samočistící a antibakteriální povrchy.
Nano-/mikro-CT: Tomografie porézní částice PE Rentgenová tomografie porézních objektů s rozlišením lepším než 1 mm. Unikátní přístroj v rámci ČR. Ukázky tomografie porézních částic polyolefinů.
Nástupní platy pro chemické inženýry v USA Nástupní roční platy chemiků a chemických inženýrů. Chemici, medián 2009 Chemičtí inženýři, medián 2009 BSc $ 35 000 $ 66 200 MSc $ 49 300 $ 69 500 PhD $ 73 100 $ 88 500 Zdroj: Chemical and Engineering News, March 14, 2011. Chemické inženýrství (na VŠCHT studijní programy na FCHI) definováno studijním plánem, nikoliv titulem Ing. profesní časopis ACS = American Chemical Society Závislost mediánu hrubého nástupního platu na prospěchu (rok 2002). Prospěch GPA Chemici BSc Chemičtí inženýři BSc A $ 32 000 $ 56 600 A minus $ 32 000 $ 52 500 B $ 31 000 $ 48 900 C $ 30 900 $ 35 000 Zdroj: Chemical and Engineering News, April 7, 2003. Chemické inženýrství je dobře oceňovanou kvalifikací
Uplatnění chemických inženýrů - příklady Petrochemie: BP, ExxonMobil, Chevron, Lukoil, Petronas, Shell, Total Chemikálie: BASF, Bayer, Dow, Eastman Chemical, Engelhardt, Evonik/Degussa, Jonson Matthey, Lanxess, LyondellBasell, Rhodia, Rohm&Haas, SABIC/DSM, Solvay Technologie: ABB, Bechtel, Honeywell, Koch, Siemens, Uhde Osobní péče: Avon, Colgate-Palmolive, DuPont, Estee Lauder, Henkel, Johnson&Johnson/BASF, L Oreal, Procter&Gamble, Unilever Farmaceutické firmy: AstraZeneca, Aventis, Eli Lilly, GlaxoSmithKline, Merck, Novartis, Pfizer, Roche, Takeda Potravinářství: Anheuser-Busch, Cadburry, Cargill, Heinz, Kraft Foods, Monsanto, National Starch, Nestle Materiály: Akzo Nobel, Borealis, Celanese, Dow Corning, ISP, Kodak, LyondellBasell, Reliance Industries, Sud Chemie Další sektory: baterie, alternativní energie, automobily, barvy a laky, zpracování polymerů, tepelně-isolační materiály, keramika, recyklace surovin Chemické inženýrství je univerzální a flexibilní profesí.
Fakulta chemicko-inženýrská VŠCHT Praha Bakalářské studijní programy (a příslušné obory): Chemie Chemie Nano a mikrotechnologie v chemickém inženýrství Nano a mikrotechnologie v chemickém inženýrství Inženýrství a management Procesní inženýrství, informatika a management Technická fyzikální a analytická chemie Inženýrská informatika Inženýrská informatika Syntéza a výroba léčiv Analýza léčiv Obory s moderními přístupy a možnostmi si osahat inovace tam, kde vznikají.
Proč studovat na FCHI? Možnost absolvování studijních zahraničních stáží (Erasmus, Marie Curie actions, HPC Europa, ). Dobré teoretické i praktické základy pro start úspěšné inženýrské i manažerské kariéry. Individuální profilace studentů. Profesionální přístrojové vybavení pro vědeckou práci. Zapojení studentů do výzkumných úkolů nejpozději ve třetím ročníku. Příjemné zázemí pro studenty. Velmi pečlivý přístup pedagogů a školitelů ke studentům.
Přijďte se přesvědčit sami! Po předchozí domluvě Vám ukážeme laboratoře a vývoj nových materiálů a procesů. Podívejte se na informace na webu: www.vscht.cz/uchi nebo kontaktujte: Lenka.Schreiberova@vscht.cz